諸位《生命online》的玩家們，請(qǐng)?jiān)试S我向各位介紹一下這個(gè)大型多物種在線(xiàn)游戲的歷史。這個(gè)游戲已經(jīng)在“地球”服務(wù)器上線(xiàn)了四十多億年，這期間在“突變”和“自然選擇”等程序猿和設(shè)計(jì)獅們的不懈努力下，游戲已經(jīng)添加了多個(gè)擴(kuò)展包，比如說(shuō)“細(xì)胞擴(kuò)展包”，“多細(xì)胞生物擴(kuò)展包”，以及最受好評(píng)的“有性生殖擴(kuò)展包”等等。當(dāng)然，十幾萬(wàn)年前開(kāi)發(fā)商決定往這個(gè)游戲里面添加一個(gè)非常有爭(zhēng)議的擴(kuò)展包，叫做智慧。開(kāi)發(fā)商比較謹(jǐn)慎，它就把這個(gè)擴(kuò)展包給了一個(gè)物種做內(nèi)測(cè)，結(jié)果卻捅了大簍子，這個(gè)叫人類(lèi)的物種最近居然開(kāi)始利用擴(kuò)展包的Bug反過(guò)來(lái)開(kāi)始干預(yù)游戲的內(nèi)核了。
說(shuō)實(shí)話(huà)，這破游戲最開(kāi)始也就是幾個(gè)閑的沒(méi)事的程序猿隨手寫(xiě)著玩的，所以它的內(nèi)核也就是幾個(gè)簡(jiǎn)單的小程序而已，其中之一是“三聯(lián)密碼子法則”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，所有生物的遺傳信息都利用四種堿基編碼在DNA當(dāng)中，然后DNA上的基因通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則謄寫(xiě)出一份叫做信使RNA的副本，信使RNA上每三位堿基編碼一個(gè)氨基酸，最終翻譯出蛋白質(zhì)。
三聯(lián)密碼子就是個(gè)按照一些簡(jiǎn)單規(guī)律隨機(jī)生成的密碼表，從密碼子到氨基酸必須借助于“轉(zhuǎn)運(yùn)RNA”，有64個(gè)三聯(lián)密碼子，就有64種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，每一種轉(zhuǎn)運(yùn)RNA負(fù)責(zé)識(shí)別一個(gè)三聯(lián)密碼子，并將這個(gè)三聯(lián)密碼子翻譯成一個(gè)氨基酸。每次翻譯，都需要一大堆不同的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA一個(gè)一個(gè)地讀出信使RNA上的密碼子，從而將遺傳信息轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)。
結(jié)果某些裸猿仗著自己有“智慧擴(kuò)展包”的內(nèi)測(cè)資格，居然就對(duì)這個(gè)動(dòng)起了歪心思，比如說(shuō)斯科瑞普研究所的化學(xué)家弗洛伊·羅姆斯伯（Floyd Romesberg），多年來(lái)他一直尋思著能否給這套系統(tǒng)多一些選擇，比如多加幾個(gè)堿基，乃至……多幾個(gè)密碼子呢？
2014年，羅姆斯伯的工作邁出了第一步。他將人工合成堿基整合進(jìn)大腸桿菌的DNA，并且讓這些帶有人工堿基的DNA像天然的DNA一樣復(fù)制[1]。不過(guò)，當(dāng)時(shí)這些大腸桿菌還只能復(fù)制這些人工堿基，并不能表達(dá)它們。
而最近，人工堿基的表達(dá)難題也被解決了！羅姆斯伯的研究團(tuán)隊(duì)讓帶有人工堿基的DNA表達(dá)出了有生物活性的蛋白質(zhì)，并在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表了他們的研究[2]。
首先，羅姆斯伯和同事們?cè)贏UGC之外，引入了兩個(gè)人工堿基，它們稱(chēng)之為X和Y；接著，將“綠色熒光蛋白”基因當(dāng)中一個(gè)編碼絲氨酸的密碼子AGT改成了包含人工堿基的AXC；然后，為了能表達(dá)這個(gè)“人工密碼子”，又專(zhuān)門(mén)特制了一個(gè)能將AXC翻譯為絲氨酸的“人工轉(zhuǎn)運(yùn)RNA”。隨后，他們將這個(gè)帶有人工堿基的綠色熒光蛋白基因和編碼“人工轉(zhuǎn)運(yùn)RNA”的基因一起轉(zhuǎn)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)。
結(jié)果這些“人工轉(zhuǎn)運(yùn)RNA”果然發(fā)揮了作用，成功地識(shí)別出了帶有人工堿基的密碼子，并順利完成了密碼子的翻譯 ，讓這些大腸桿菌發(fā)出了綠色熒光；而相對(duì)的，只有“人工綠色熒光蛋白”但沒(méi)有“人工轉(zhuǎn)運(yùn)RNA”的大腸桿菌則無(wú)法順利翻譯出綠色熒光蛋白。
在后續(xù)的檢測(cè)中，羅姆斯伯和同事們發(fā)現(xiàn)，“人工基因”編碼的綠色熒光蛋白和天然熒光蛋白相比，無(wú)論是在理化性質(zhì)上還是表達(dá)水平上都沒(méi)有明顯差異。如果“人工基因”運(yùn)作正常的話(huà)，對(duì)大腸桿菌的生長(zhǎng)也沒(méi)有任何影響。
不過(guò)，在只有“人工基因”而沒(méi)有“人工轉(zhuǎn)運(yùn)RNA”的時(shí)候，卻會(huì)阻礙大腸桿菌的生長(zhǎng)。羅姆斯伯認(rèn)為，這可能是因?yàn)榧?xì)胞的蛋白質(zhì)翻譯需要用到一個(gè)叫做“核糖體”的結(jié)構(gòu)，“核糖體”就像是蛋白質(zhì)翻譯的車(chē)間，而剛才提到的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA必須在這個(gè)車(chē)間里面才能干活，缺乏了能識(shí)別“人工密碼子”的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA，許多信使RNA就卡在了核糖體當(dāng)中，導(dǎo)致細(xì)胞拿不出足夠多的閑置核糖體來(lái)翻譯別的蛋白質(zhì)，故而影響了大腸桿菌的生長(zhǎng)。
羅姆斯伯相信他的研究對(duì)于合成生物學(xué)有著重要的意義，更多的堿基和密碼子規(guī)則必定能帶來(lái)更靈活的生物合成路線(xiàn)。
人類(lèi)對(duì)于新型蛋白質(zhì)的需求無(wú)窮無(wú)盡，而自然界由四種堿基組成的三聯(lián)密碼子系統(tǒng)最多只能編碼20種氨基酸，有限的氨基酸種類(lèi)無(wú)疑遲早會(huì)導(dǎo)致“巧婦難為無(wú)米之炊”的困境。
本世紀(jì)初，羅姆斯伯在斯科瑞普研究所的同事，化學(xué)家彼得·舒爾茨（Peter G. Schultz） 就曾經(jīng)為了改變蛋白質(zhì)的特性或是給蛋白質(zhì)打上“標(biāo)記”，將“人工氨基酸”摻進(jìn)蛋白質(zhì)中[3]。但是現(xiàn)有的密碼子體系無(wú)法編碼“人工氨基酸”；傳統(tǒng)上通過(guò)篡改三聯(lián)密碼子表來(lái)表達(dá)“人工氨基酸”的做法則會(huì)引起生物體本身蛋白合成的紊亂，顯然副作用很大。
這次，加入“人工氨基酸”的新密碼子系統(tǒng)無(wú)疑是相當(dāng)于給天然的三聯(lián)密碼子表加了個(gè)大大的擴(kuò)展包，讓“人工”的和“天然”的生物原料在生物體內(nèi)和諧共存，無(wú)怪乎合成生物學(xué)大牛喬治·邱奇（George Church）評(píng)論這項(xiàng)研究成果，是“人類(lèi)探索生命基石的里程碑事件”。
如今，羅姆斯伯已經(jīng)注冊(cè)成立了一家公司，他相信這種新的密碼子系統(tǒng)必將在新藥合成等領(lǐng)域大有作為。雖然領(lǐng)導(dǎo)對(duì)這事有點(diǎn)惱火，但是程序猿和設(shè)計(jì)獅們暗地里覺(jué)得這樣理論上應(yīng)該會(huì)大大減少它們加班的次數(shù)，于是暗戳戳地一直沒(méi)修復(fù)這個(gè)bug。說(shuō)不定讓游戲玩家參與改進(jìn)游戲設(shè)計(jì)也是個(gè)好主意呢？（編輯：明天）
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